Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Интенсификация биотехнологии культивирования хлореллы с использованием наночастиц железа и оценка эффективности применения ее в бройлерном производстве и перепеловодстве

ВАК РФ 03.01.06, Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Автореферат диссертации по теме "Интенсификация биотехнологии культивирования хлореллы с использованием наночастиц железа и оценка эффективности применения ее в бройлерном производстве и перепеловодстве"

МАЧНЕВА НАДЕЖДА ЛЕОНИДОВНА

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ХЛОРЕЛЛЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАНОЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗА И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЕЕ В БРОЙЛЕРНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ И ПЕРЕПЕЛОВОДСТВЕ

03.01.06- биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

16 МАЯ 20'

005058746

Ульяновск-2013

005058746

Работа выполнена на кафедре биотехнологии, биохимии и биофизики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет»

Научный руководитель ПЛУТАХИН ГЕННАДИЙ АНДРЕЕВИЧ

кандидат биологических наук, доцент

Официальные оппоненты: РОМАНОВА ЕЛЕНА МИХАЙЛОВНА

доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой биологии, ветеринарной генетики, паразитологии и экологии ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П. А. Столыпина»,

БОГДАНОВ НИКОЛАЙ ИВАНОВИЧ

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, директор ЧП «Научно-исследовательский институт Альгобиотехнологии»

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный

университет»

Защита состоится «<$£» t&^Ci^P 2013 года в « часов на заседании диссертационного совета Д 220.065.01 при ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П.А. Столыпина» по адресу: 432017, г.Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1, тел. 8 (8422)44-30-58; e-mail: kormlen@yandex.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П. А. Столыпина», а с авторефератом в сети Интернет на официальном сайте Министерства образования и науки РФ www.vak.ed.gov.ru

Автореферат диссертации разослан » ¿У 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета -c^fc с^-* * ^Пыхтина Лидия А ндреевна

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Стратегия развития высоких технологий, принятая в РФ открывает перспективы развития сельскохозяйственного производства, разработки эффективных технологий охраны окружающей среды, создания экологически чистых производств, приборов, оборудования, компьютерной техники, пищевых продуктов, биологически активных веществ, пищевых добавок и многого другого.

Характерной чертой XXI столетия является развитие нанотехнологий. Нанотехно-логии базируются на использовании структуры веществ, обладающих полезньми функциями и имеющими размеры от одного до ста нанометров. Уникальность нанома-териалов связана с их высокой химической и биологической активностью, способностью проникать через биологические барьеры. Они способны изменять свойства биологических объектов, что открывает широкие области их применения и использования в медицине и сельском хозяйстве при разработке новых биотехнологических препаратов. Одно из перспективных направлений - это использование наноматериалов для получения нетрадиционных кормовых добавок (Л. В. Коваленко, 2006; Ю. Н. Иванычева, 2012).

К числу живых кормовых добавок, используемых для обогащения кормов, относится хлорелла. Хлорелла - микроскопическая одноклеточная зелёная водоросль из класса протококковых, в ее составе более 650-ти веществ, среди которых незаменимые аминокислоты, жиры, витамины, макро- и микроэлементы в легкоусваиваемом виде (М Я. Сальникова, 1977). В своих исследованиях для культивирования и наращивания биомассы мы использовали наиболее перспективный планктонный штамм микроводоросли Chlorella vulgaris ИФР № С-111 (Я И. Богданов, 1977), обладающий высокой продуктивностью и отвечающий требованиям промышленного культивирования.

Высокая потребность сельскохозяйственного производства РФ в кормовых добавках, обогащающих рационы, актуализирует поиск новых технологических решений для ускоренного наращивания биомассы хлореллы, повышения ее ценности и продуктивности. Основная роль в решении этой проблемы принадлежит фотосинтезу, интенсивность которого определяет урожайность культуры. Железо играет важную роль в биосинтезе хлорофилла. В фотосинтетические электрон-транспортные цепи хлореллы входят ферменты, содержащие железо: цитохромы, ферредоксин, железосерные центры. Железо в хлоропластах связано с хлорофилл-белковым комплексом. Хлорофилл образует с солями железа комплексные химические соединения различных типов и участвует в биосинтезе хлорофилла на этапах: конденсации сукцинил-КоА и глицина с образованием ß-аминолевулиновой кислоты (ДАЛ); в реакции окислительного декарбоксилирования копропорфириногена в протопорфирин; на этапе превращения протохлорофилла в хлорофилл. Активация транспорта железа в клетку способствует интенсификации синтеза железосодержащих ферментов стимулируя фотосинтетическую активность хлореллы (А. Б. Рубин, 1987). Это положение стало рабочей гипотезой нашей работы и обоснованием для использования в культуральной среде наночастиц железа.

Продукт культивирования - биомасса хлореллы использовалась нами в кормлении птицы в качестве ценной кормовой добавки богатой белками, витаминами, макро- и микроэлементами, а также другими биологически активными веществами (Я. К. Капустин, 1984; Н. И. Богданов. 2001). В современных условиях ведения про-

мышленного птицеводства необходимо применение широкого ряда профилактических мероприятий, которые могли бы гарантировать снижение заболеваний птицы, а также улучшение зоотехнических показателей отрасли (А. И. Петенко и др., 2006). Кормовые рационы наиболее эффективны при дополнении их биотехнологическими и иными кормовыми добавками, биостимуляторами отечественного и иностранного производства (В. Е. Подольников, 1999; Н. П.Дудина, 2011).

Диссертационная работа входит в план НИР ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» на 2011-2015 гг. по теме «Разработка и научное обоснование способов получения и использования экологически безопасных функциональных кормовых и пищевых концентратов и добавок на основе ресурсосберегающих биотехнологий: высококалорийные концентраты и добавки; микробиологические добавки и биопрепараты» (№ госрегистрации 010201153631).

Цель исследования: Используя наночастицы железа разработать оптимизированную культуральную среду для ускоренного наращивания биомассы Chlorella vulgaris ИФР №С-111, исследовать влияние хлореллы, выращенной на модифицированной культуральной среде на продуктивность, обмен веществ и энергии, морфологические и биохимические показатели крови перепелов и цыплят-бройлеров.

Задачи исследования:

- ввести в состав культуральной среды для выращивания хлореллы наночастицы железа;

- оценить влияние наночастиц восстановленного железа и его оксида на скорость роста хлореллы;

- исследовать фотосинтетическую активность хлореллы в среде с наночасти-цами железа разной концентрации по замедленной флуоресценции хлорофилла;

- оценить переваримость хлореллы в желудочно-кишечном тракте гггицы;

- изучить влияния суспензии хлореллы на рост и развитие перепелов, цыплят-бройлеров и выход готовой продукции;

- охарактеризовать морфологические и биохимические показатели крови и печени перепелов и цыплят-бройлеров, потреблявших хлореллу;

- рассчитать экономическую эффективность применения хлореллы в рационах сельскохозяйственной птицы.

Научная новизна. Использованы возможности современной нанотехнологии в приготовлении высокоценных кормовых добавок для птицеводства с использованием наночастиц железа.

Установлено, что введение в культуральную среду для выращивания хлореллы наночастиц восстановленного железа увеличивает скорость ее роста в 2,5 раза за счет активизации фотосинтетических процессов.

Комплексными исследованиями показано, что хлорелла штамма ИФР №С-111, выращенная в присутствии наночастиц железа, активизирует физиологические и биохимические процессы в организме птицы.

Установлена высокая эффективность использования в рационах перепелов и цыплят-бройлеров суспензии хлореллы в концентрации (1-3) * 10 6 клеток/мл при постоянном выпаивании.

Практическая значимость работы. Добавление наночастиц восстановленного

железа в культуральную среду активирует фотосинтетическую активность хлореллы и ускоряет наращивание биомассы микроводоросли, существенно удешевляя технологический продукт.

Использование суспензии хлореллы штамма ИФР № С-111, выращенного в присутствии наночастиц восстановленного железа, в хозяйствах по разведению птицы в бройлерном производстве и перепеловодстве обеспечивает: повышения ее продуктивности, сохранности и увеличивает выхода готовой продукции.

Основные положения, выносимые на защиту:

- интенсификация фотосинтетических процессов при культивировании хлореллы штамма ИФР № С-111 в среде, модифицированной наночастицами восстановленного железа, приводит к значительному повышению скорости размножения культуры;

- введение наночастиц восстановленного железа оптимизирует культуральную среду хлореллы штамма ИФР №С-111, ускоряя фотосинтетические процессы в 2,5 раза;

- использование суспензии хлореллы в рационах перепелов и цыплят-бройлеров увеличивает живую массы птицы, сохранность поголовья и снижает потребление корма;

- положительное влияние на организм птицы биотехнологической кормовой добавки суспензии хлореллы, выращенной на культуральной среде, модифицированной восстановленным наножелезом, подтверждается морфо-биохимическими показателями крови и ее сыворотки, а также биохимическими и гистологическими исследованиями печени;

- увеличение рентабельности производства обеспечивается включением в рацион перепелов и цыплят-бройлеров суспензии хлореллы в качестве кормовой добавки.

Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на Второй Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2008); 36-й научной конференции студентов и молодых ученых вузов Южного федерального округа, посвященной 40-летнему юбилею Кубанского ГУФКСТ (Краснодар, 2009); Третьей Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2009); Международной научно-практической конференции «Функциональные продукты питания: ресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья, гигиенические аспекты и безопасность» (Краснодар, 2009); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной ветеринарии» (Краснодар, 2011); International Conference «Physiology and Biotechnology of Microalgae» (Moscow, 2012).

Публикации. По материалам проведенных исследований опубликовано 11 научных работ, в том числе 4 в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов исследований, заключения, выводов, предложений производству, списка литературы и приложений. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, включает 3 приложения, 42 таблицы и 17 рисунков. Библиографический список состоит из 181 источника, в том числе 12 иностранных авторов.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Работа проводилась с 2008 по 2013 год на кафедре биотехнологии, биохимии и биофизики факультета перерабатывающих технологий Кубанского государственного аграрного университета, в Краснодарском научно-исследовательском ветеринарном институте Россельхозакадемии, в СПК «Колос» Новопокровского района Краснодарского края. Объектом исследования являлась суспензия хлореллы, выращенная на различных культуральных средах и оценка ее влияния в рационах перепелов и цыплят-бройлеров. При культивировании суспензии хлореллы были использованы наночастицы железа нулевой валентности, полученные методом водородного восстановления при температуре 350 ... 420 °С (М Г. Барышев, Н. С. Васильев, 2010). Посредством электронного микроскопа с полевой эмиссией JSM 7500F были получены фотографии восстановленного нанопорошка железа, средний размер которых составил 80 нм. Нанодисперсный порошок оксида железа имел размеры 30...80 нм и был получен с помощью плазменного метода (М П. Кульзенева, 2010).

Оценку физиологического состояние водоросли проводили по параметрам замедленной флуоресценции (ЗФ) хлорофилла Фо, Фм, В/Н на флуориметре «Фо-тон-10» в 9-ти повторах (Ю.С. Григорьев, 2004), где Фо - интенсивность быстрой флуоресценции, Фм - максимальная интенсивность ЗФ, В/Н отражает интенсивность фотосинтетических процессов, протекающих одновременно на световой и на темновой стадиях - чем выше значение В/Н, тем активнее протекает фотосинтез.

Оценку концентрации клеток хлореллы и наночастиц железа во всех экспериментах проводили по величине оптической плотности измерителем ИПС-03 в пеницилли-новых флаконах, длина волны измеряющего света 560 нм. Перевод оптической плотности суспензии хлореллы в концентрацию, выражаемую в клетках на кубический сантиметр, проводился согласно полученной нами формуле: N = kD где N - количество клеток, к — коэффициент пропорциональности (1134000), D - оптическая плотность.

Лабораторные эксперименты по подбору оптимальной питательной среды для культивирования хлореллы проходили в два этапа, на которых изучали влияние питательных сред на скорость наращивания биомассы микроводоросли. I этап - а) среда Н. И. Богданова; б) среда на основе комплексного удобрения «Кемира Люкс» (0,05...2 г/л); в) среда из композиций минерального комплекса «Кристалин» (0,1; 0,2 и 0,3 г/л) и карбамида (1,2; 1,35 и 1,5 г/л); г) среда с добавлением концентрированного кукурузного экстракта (0,25... 1 г/л); II этап - д) питательная среда, модифицированная наночастицами восстановленного железа (0,00625.. .0,1 г/л).

На первом этапе эксперимента проводили подбор оптимальной питательной среды для культивирования микроводоросли на лабораторных качалках в конических колбах. Контрольной питательной средой была среда Тамия. Каждая колба содержала 150 мл тестируемой среды и 15 мл маточной культуры хлореллы. В результате стартовая концентрация хлореллы составляла (32,4...34,3) * 104 клеток/мл. Условия культивирования: 5 суток при температура 28...30°С и круглосуточной освещенность 4700 люкс. Определение концентрации клеток проводили в первые и пятые сутки.

На втором этапе эксперимента выбранную оптимальную питательную среду модифицировали наночастицами нейтрального железа или его оксида. Культивирование хлореллы проводили в культиваторе КВМ-05 в течение 48-ми часов в опти-

мальной питательной среде, с добавлением к ней наночастиц железа в концентрациях (0,00625...0,1 г/л), проводили согласно методике (Ю. С. Григорьев, 2007). Количество и качество клеток хлореллы определяли в камере Горяева в проходящем свете и методом люминесцентной микроскопии микроскопе фирмы «Cari ZEISS» модель АХЮ Imager. Al.

При проведении научного опыта на перепелах (II группа) и производственного испытания (II и III группы) культивирование суспензии хлореллы проводили на модифицированной нейтральным наножелезом оптимальной культуральной среде в стеклянных аквариумах. Оптимальной концентрации суспензия достигала по истечении двух суток. Для проведения научных опытов на перепелах (III и IV группы) и цыплятах-бройлерах суспензию хлореллы выращивали в прозрачном стеклянном ферментере объемом 100 литров в культуральнойой среде Н. И. Богданова.

Условия культивирования в обоих случаях были идентичны лабораторным экспериментам. Суспензию перемешивали постоянным барботированием нестерильным воздухом при помощи воздушного компрессора производительностью 13...15 л/мин. Баллонный С02 подавали в дневное время суток через вход компрессора. Через пять дней культивирования суспензия достигала оптимальной плотности, из ферментера отбирали необходимое количество культуры и замещали его объем свежеприготовленной культуральной средой.

В ходе исследований было проведено 2 научных опыта и производственное испытание. Исследования проводились на перепелах японской породы (Coturnix japónica) и цыплятах-бройлерах кросса «Росс-308». Всего в опытах было использовано 1050 перепелов и 90 цыплят-бройлеров.

Целью первого научного опыта было определение влияния суспензии хлореллы, выращенной как на оптимальной культуральной среде, так и на модифицированной среде с добавлением восстановленного наножелеза, на рост, развитие и мясную продуктивность перепелов. Опыт проводили в виварии в течение 49 дней. По принципу групп аналогов нами было сформировано 5 групп по 60 голов (таблица 1).

1. Схема первого научного опыта на перепелах

„ i Количество ГР>™а ¡ голов Условия кормления и поения

1-контроль Н-опытная Ш-опытная IV-опытная V-опытная 60 60 60 60 60 Основной рацион (ОР) + водопроводная вода ОР + суспензия хлореллы с концентрацией (2-3) х 10 клеток/1 мл, выращенная на культуральнойой среде с добавлением наночастиц восстановленного железа ОР + суспензия хлореллы с концентрацией (1-1,5) * 10 клеток/1 мл ОР + суспензия хлореллы с концентрацией (2-3) х 10 клеток/1 мл ОР + 20 % витамина А суточной нормы

Содержались перепела в клеточных батареях. Кормушка крепилась к передней стенке клетки, а поилка- к боковой. Кормление птицы осуществлялось вручную. Технологические параметры содержания птицы (влажность воздуха, температура, освещенность и др.) поддерживались автоматически и соответствовали требованиям, предъявляемым к их выращиванию. Схемы скармливания комбикормов обеспечивали нормальный рост и развитие молодняка в соответствии с принятыми планами роста и нормами кормления (А. П. Калашников и др., 1985, 2003; П. И Викторов, и др., 1993;

В. И. Фисинин, И. А Егоров, 1992, 2000). Птица всех групп получала основной рацион, энергетическая и питательная ценность которого соответствовала общепринятым нормам, рекомендованным ВНИИТИП.

Целью второго научного опыта было определение влияния суспензии хлореллы на рост, развитие и мясную продуктивность цыплят-бройлеров. Опыт на цыплятах-бройлерах проводили в виварии на протяжении 42 дней в типовых клеточных батареях КБУ-3 по санитарно-зоотехническим условиям, согласно рекомендациям (В. И. Фисинин, 1989). Из суточных цыплят было сформировано 3 группы по 30 голов в каждой (таблица 2). Каждый цыпленок был индивидуально взвешен, далее взвешивание проводилось еженедельно в течение всего опыта. Птица всех групп получала основной рацион, энергетическая и культуральная ценность соответствовала общепринятым нормам, рекомендованным ВНИТИП.

2. Схема второго научного опыта на цыплятах-бройлерах

Группа Количество голов Условия кормления и поения

1-кошроль И-опытная Ш-опытная 30 30 30 Основной рацион (ОР) + витаминно-аминокислотный препарат «Чиктоник» (1 мл/1 л воды) ОР + суспензия хлореллы с концентрацией (2-3) к 106 клеток/1 мл ОР + суспензия хлореллы с концентрацией (1-1,5) х 10 6 клеток/1 мл

При культивировании на модифицированной восстановленным наножелезом среде, рост микроводоросли был интенсивнее по сравнению с другими опытными средами. Поэтому было проведено производственное испытание выращенной культуры на рост и развитие перепелов. Производственную апробацию по влиянию суспензии хлореллы на перепелов проводили в СПК «Колос» Краснодарского края. Было сформировано 3 группы по 250 голов в каждой. Содержание перепелов было идентичным первому научному опыту. Биотехнологическую кормовую добавку суспензии хлореллы культивировали на культуральной среде с добавлением наноча-стиц восстановленного железа (таблица 3). Для выпаивания перепелам III группы готовую суспензию хлореллы разводили водопроводной водой до концентрации (1-1,5) х 10 6клеток/1 мл.

3. Схема производственного испытания на перепелах

Группа Количество голов Условия кормления и поения

1-контроль Ii-опытная Ш-опытная 250 250 250 Основной рацион (ОР) + водопроводная вода ОР + суспензия хлореллы с концентрацией (2-3) * 10 6клеток/1 мл, выращенная на культуральной среде с добавлением наночастиц восстановленного железа ОР + суспензия хлореллы с концентрацией (1-1,5) х 10 6клеток/1 мл, выращенная на культуральной среде с добавлением наночастиц восстановленного железа

В процессе проведения научных опытов и производственного испытания учитывались основные группы показателей: клинико-физиологические, зоотехнические и физиологические. Определение учитываемых показателей проводили согласно действующим методикам и нормативным документам.

При контрольном убое перепелов и цыплят-бройлеров, который проходил в со-

ответствии с методикой проведения научных и производственных исследований по кормлению сельскохозяйственной птицы (Ш. А. Имангулов, 2004), проводили отбор крови (в специальные пробирки с антикоагулянтом) для изучения ее морфологического состава, а также биохимических показателей ее сыворотки.

Морфологические показатели крови птицы определяли на анализаторе Medonic CA 620. Сыворотку крови исследовали на полуавтоматическом анализаторе Stat fax 1904® Plus и спектрофотометре Unico 2800 UK/VIS. Содержание в печени перепелов и цыплят-бройлеров каротиноидов, витаминов А, В2 иЕ определяли согласно методике А. А. Покровского (1969). При гистологических исследованиях фиксированные в 10%-ом растворе нейтрального формалина срезы печени окрашивали по Романовскому-Гимзе.

Потребление кормов контролировали путем ежедневного группового учета. За каждый возрастной период и за весь опыт в целом определяли среднесуточный прирост и интенсивность роста (Я. И. Шмалъгаузен, 1935).

Для определения переваримости и усвояемости питательных веществ как перепелами, так и цыплятами-бройлерами с 36 по 42 сутки проводился балансовый опыт (баланс азота, кальция и фосфора) (Ш. А. Имангулов, 2004). Отбор образцов для анализа проводили по методике (Б. Д. Кальницкий, Н. Г. Григорьев, 1977). Химический анализ кормов и продуктов обмена проводили по общепринятым методикам согласно ГОСТ, а также руководствуясь «Методы исследования кормов, органов и тканей животных» (П. Т. Лебедев, А. Т. Усович, 1965).

Для оценки переваримости хлореллы в ЖКТ птицы от каждой опытной группы в стерильные пузырьки с 9-ю мл физиологического раствора добавляли по 1-му г помета, взбалтывали, давали отстаяться в течение 10 мин. Полученную взвесь разводили дополнительно в 2, 4 и 6 раз и высевали по 0,1 мл на чашки Петри с агаризованной средой Тамия. Контролем служила хлорелла концентрации 1...1.5 млн. клеток/мл.

За сутки до убоя аналогично определяли наличие хлореллы в содержимом мышечного желудка, кишечника и слепых отростков. Культивирование проводили при комнатной температуре и постоянном освещении белыми люминесцентными лампами в течение 14-ти суток. Оценку количества выросших колоний проводили путем визуального просмотра чашек на инвертированном микроскопе фирмы «Carl ZEISS» модель AXIO Observer. Al.

Для изучения влияния суспензии хлореллы на вкусовые качества тушек цыплят-бройлеров и перепелов проводили качественную оценку мяса при помощи орга-нолептических методов (Ш. А. Имангулов, 2004).

Расчет экономической эффективности использования суспензии хлореллы в рационах птицы проводили согласно методике ВАСХНИЛ (1980). С этой целью рассчитывали стоимость комбикормов, затраты корма в абсолютном и стоимостном выражении, себестоимость единицы продукции, стоимость ее в реализационных ценах, а также прибыль или убыток.

Все полученные результаты обрабатывали биометрическими методами математической статистики (Б. А. Доспехов, 1979). Статистически достоверными считали различия при Р < 0,05.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОЙ КУЛЬТУРАЛЬНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРОВОДОРОСЛИ ХЛОРЕЛЛЫ

В настоящее время в России получены высокопродуктивные штаммы микроводоросли планктонного типа, не требующие перемешивания культуральной среды, в которой растет хлорелла - Chlorella vulgaris ИФР№С-111 и Chlorella vulgaris BIN (Я И. Богданов, 2007). Однако условия выращивания культуры продолжают оптимизироваться. Для наращивания биомассы хлореллы необходимо соблюдение не только температурного и светового режимов, но и правильный подбор культуральной среды, в которой большое значение уделяется азотному и фосфорному питанию.

В качестве контрольной культуральной среды мы использовали среду Тамия, относительно которой сравнивали следующие среды: а) среда Н. И. Богданова; б) среда на основе комплексного удобрения «Кемира Люкс» (0,05...2 г/л); в) среда из композиций минерального комплекса «Кристалин» (0,1; 0,2 и 0,3 г/л) и карбамида (1,2; 1,35 и 1,5 г/л); г) среда с добавлением концентрированного кукурузного экстракта (0,25... 1 г/л); д) питательная среда, модифицированная наночастицами восстановленного железа (0,00625...0,1 г/л). Результаты по оценке фотосинтетических процессов, происходящих в клетке, представлены значениями параметров В/Н (таблица 4).

4. Концентрация клеток Chlorella vulgaris ИФР № С-11Х и отношение В/Н при культивировании на разных средах

Культуральная среда Концентрация хлореллы (10 клеток/мл) Отношение В/Н хлореллы

на начало опыта 5-е сутки на начало опыта 5-е сутки

100 % Тамия (контроль) 100 % среда Н. И. Богданова «Кемира Люкс», 1 г/л «Кристалин» (0,2 г/л) + карбамид 1,5 г/л Кукурузный экстракт Модифицированная культуральная среда (0,025 г/л) 32,4±1,5 34,2±1,4 33,9±1,4 32,8±1,3 34,3±1,5 33,6±1,2 106,8±3,8 168,7±7,0* 153,0±5,5* 115,3±4,3 52,3±2,7 170,3±8,7* 6,84±0,13 6,82±0,15 6,85±0,21 6,84±0,18 6,79±0,16 6,83±0,18 7,18±0,24 9,83±0,35* 8,72±0,29* 7,43±0,23 5,64*0,15 9,87±0,41*

Примечание: * - разница с контролем достоверна (Р < 0,05)

На 5-е сутки культивирования концентрация хлореллы на среде Н. И. Богданова превышала значение контроля на 58,0 %. При выращивании на растворе «Кемира Люкс» наилучший результат был получен при концентрации 1 г/л (выше контроля на 43 %). При смешивании карбамида и «Кристалин» в концентрациях 1,5 г/л и 0,2 г/л, соответственно, превышение контроля составляло 8%. При иных комбинациях количество хлореллы было ниже. Выращивание хлореллы на культуральной среде с кукурузным экстрактом показало, что при всех использованных концентрациюях содержание клеток ниже контроля более чем в два раза. В связи с этим в таблице 4 конечный результат представлен на 3-й сутки с начала эксперимента. Оптимальная концентрация хлореллы на модифицированной наножелезом среде показана в таблице по истечении двух суток.

На начало опыта параметр В/Н хлореллы на всех исследуемых культуральных средах был на одном уровне. На 5-е сутки эксперимента наилучший значение было

отмечено при культивировании хлореллы на среде Н. И. Богданова и превышало контроль на 37,0 %. При выращивании хлореллы на культуральной среде с добавлением кукурузного экстракта отношение В/Н было минимальным и снижено по отношению к контролю на 21,5 %.

Таким образом, конечные концентрации хлореллы и значения параметра фотосинтетической активности В/'Н свидетельствуют о том, что наиболее подходящей культуральной средой (из тестируемых) для культивирования хлореллы является среда, разработанная Н. И. Богдановым. Поэтому эта среда была выбрана для проведения опыта по влиянию наночастиц железа на скорость роста хлореллы.

3.2 ВЛИЯНИЕ НАНОЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗА НА ИНТЕНСИВНОСТЬ РОСТА

КЛЕТОК ХЛОРЕЛЛЫ

Скорость транспорта ионов Fe3+ в клетку микроорганизмов определяют сидеро-форы - низкомолекулярные вещества, связывающие ионы и переносящие их через мембрану (Л/. Л/. Babikin et а!., 2012). Активация переноса железа может интенсифицировать синтез железосодержащих ферментов и в связи с этим фотосинтетическую активность хлореллы (А. Б. Рубин, 1987). Таким альтернативным путем транспорта железа внутрь клетки может быть перенос его через мембрану в форме наночастиц. Низкая токсичность металлов в ультрадисперсной форме, пролонгированность действия на биосистемы являются предпосылками для использования их в качестве биостимуляторов роста (М Е. Дорогое, 2008; Л. В. Потапова, 2008).

В связи с этим нами было исследовано влияние наночастиц железа двух форм: нулевой валентности и оксида железа на скорость роста хлореллы. Оба порошка были черного цвета. Посредством электронного микроскопа с полевой эмиссией JSM 7500F были получены фотографии нанопорошка восстановленного железа, средний размер которых составил 80 нм. Нанодисперсный порошок оксида железа имел размеры 30...80 нм (М. П. Кулъзенева, 2010).

Для проведения опыта был использован культиватор KBiVl-05 и тестированная методика определения токсичности вод (Ю. С. Григорьев, 2004).

Суспензии наночастиц железа были окрашены, и при их добавлении в культу-ральную среду хлореллы происходило увеличение оптической плотности. Естественно, это необходимо было учитывать при определении концентрации клеток использованным нами методом.

Для надежного тестирования была выбрана максимальная концентрация нано-железа, равная по оптической плотности поглощению света клетками хлореллы в момент начала эксперимента (0,1 o.e.).

Так как наночастицы в водных растворах способны к химическим превращениям, их оптические характеристики должны изменяться. Из этого следует, что необходимо корректировать изменения в оптической плотности суспензии хлореллы с наночастицами. Для этого провели эксперимент, в котором во флакончиках культиватора в течение 24 часов были только суспензии наночастиц.

Образцы, содержавшие наночастицы восстановленного железа, через 24 часа становились прозрачными и их оптическая плотность даже при максиматьной концентрации была близка к нулю. По-видимому, железо претерпевало химические превращения и переходило в формы, оптически прозрачные при длине волны измеряющего света.

При культивировании наночастицами оксида железа в тех же условиях через 24 часа оптическая плотность составила 0,021 o.e. По-видимому, это форма железа была более устойчивой к условиям окружающей среды. Таким образом, при добавлении к культураль-ной среде культивирования микроводоросли восстановленного железа получаемая оптическая плотность через сутки будет отражать только концентрацию клеток.

При проведении исследования максимальной была концентрация как восстановленного железа, так и его оксида 0,1 г/л. Далее ее уменьшали последовательным разведением в 2 раза до величины 0,00625 г/л.

Оптическая плотность суспензии хлореллы при культивировании на культураль-ной среде с добавлением наночастиц оксида железа представлена на рисунке 1. До- j бавление наночастиц оксида железа в минимальной концентрации 0,0625 г/л привело к снижению оптической плотности суспензии по отношению к контролю на 23,5 %. При максимальном содержании наножелеза (0,1 г/л) концентрация суспензии была в 2 раза снижена по отношению к контролю.

0 0,00625 0,0125 0,025 0,05 0,1 Концентрация, г/л

Рисунок 1 - Зависимость оптической плотности хлореллы от концентрации наночастиц оксида железа через 24 часа культивирования (среднее трех опытов)

Таким образом, при всех концентрациях наночастиц оксида железа происходило ингибирование роста одноклеточной водоросли.

При культивировании в течение 24 часов хлореллы в присутствии наночастиц восстановленного железа концентрация хлореллы возрастала даже при минимальном содержании добавки (рисунок 2).

Зависимость носила монотонный характер и при максимальной концентрации железа 0,1 г/л плотность хлореллы превышала контроль на 70 %. Через 48 часов концентрация микроводоросли в опытных образцах при минимальном содержании наночастиц в два раза превышала контроль и уже при двукратной концентрации начинала выходить на стационарный уровень (рисунок 2). При содержании наночастиц 0,1 г/л плотность выросшей хлореллы была в 2,5 раза выше относительно контроля. В пределах использованных нами концентраций наночастиц железа ингибирования роста хлореллы не наблюдали. Представленные результаты свидетельствуют об интенсификации фотосинтеза в микроводоросли. Доказательством этому стали полученные параметры ЗФ суспензии хлореллы и индукционные кривые.

Концекграция, г/л

--24 час -48 час

Рисунок 2 - Зависимость оптической плотности хлореллы от концентрации наночастиц восстановленного железа через 24 и 48 часов культивирования (среднее трех опытов)

На рисунке 3 представлены отношения уровня ЗФ при насыщающем освещении к уровню при низком (В/Н), отражающие интенсивность фотосинтетических процессов - чем выше значение В/Н, тем активнее фотосинтез.

0,00625

0,0125 0,025 Концентрация, г/л

---В/Н 24 час.

0,05 0,1

- В/Н 48 час.

Рисунок 3 - Зависимость отношения В/Н хлореллы от концентрации наночастиц восстановленного железа через 24 и 48 часов культивирования (среднее трех опытов)

Таким образом, фотосинтез в первые сутки культивирования значительно активнее протекал в присутствии наночастиц железа. Через 48 часов при низких концентрациях наночастиц отношение В/Н еще достаточно велико. С дальнейшим ростом концентрации значение параметра уменьшалось. Исходя из значений В/Н и оптических плотностей оптимальной можно считать концентрацию наночастиц в начальный момент выращивания хлореллы 0,025 г/л.

Полученные данные подтверждаются также индукционными кривыми замедленной флуоресценции хлореллы (рисунок 4).

Все индукционные кривые имеют примерно одинаковую форму. В контрольном образце максимальный уровень ЗФ составляет 1300 o.e. при значении В/Н 3,9. При концентрации наножелеза 0,025 г/л интенсивность ЗФ максимальна - 3100 o.e., в то время как отношение В/Н - 7,34. Максимальное же содержание наножелеза привело к уменьшениям уровня ЗФ и В/Н (2600 o.e. и 6,21).

Время, с

Рисунок 4 - Индукционные кривые ЗФ хлореллы от концентрации наночастиц восстановленного железа на 48 часов от начала опыта Таким образом, проведенные исследования позволяют сказать о том. что снижение уровня ЗФ и значения В/Н отражает снижение фотосинтетических процессов, связанных с обеднением состава культуральной среды и исчерпанием ресурсов самих фотосинтезирующих клеток в результате интенсификации процессов размножения.

Микроскопия в светлом поле (рисунок 5) и люминесцентная микроскопия (рисунок 6), проведенные через 48 часов культивирования, показала идентичность морфологических характеристик хлореллы при всех концентрациях наночастиц.

Контроль Концентрация наночастиц железа 0,1 г/л

Рисунок 5 - Микроскопия хлореллы в светлом поле (400х)

Контроль Концентрация наночастиц железа 0,1 г/л

Рисунок 6— Люминесцентная микроскопия хлореллы (400х)

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что восстановленное на-ножелезо является эффективным стимулятором фогосингетических процессов у микроводорослей.

Исходя из результатов экспериментов по подбору оптимальной культутральной среды для выращивания хлореллы мы выбрали среду Н. И. Богданова, и модифицировали ее добавлением в начальный момент культивирования наночастиц восстановленного железа.

3.3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ СУСПЕНЗИИ ХЛОРЕЛЛЫ В РАЦИОНАХ ПЕРЕПЕЛОВ ДЛЯ КОРРЕКЦИИ МЕТАБОЛИЗМА И ПОВЫШЕНИЯ МЯСНОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ

З.ЗЛ РОСТ И РАЗВИТИЕ ПЕРЕПЕЛОВ

Для проведения первого научного опыта на перепелах было сформировано 5 групп по 60 голов в каждой. Перепела всех групп получали стандартный комбикорм. Птицу I группы (контроль) поили водопроводной водой; II опытную группу - суспензией хлореллы с концентрацией (2-3) х 10 6клеток/1 мл, выращенную на культураль-ной среде с добавлением наночастиц восстановленного железа; III опытную группу -суспензией хлореллы с концентрацией (1-1,5) х 106клеток/1 мл; IV опытную группу -суспензией хлореллы с концентрацией (2-3) х 10 6клеток/1 мл и V опытную группу -водопроводную воду с добавлением 20 % витамина А от суточной нормы.

В таблице 5 представлены данные по динамике живой массы, расходу кормов и сохранности птицы. На начало опыта, при формировании групп, живая масса перепелов была примерно одинаковой и составляла в среднем 7,26 г.

5. Динамика живой массы, расход кормов и сохранность перепелов, п = 60

Показатели Группы

1-контроль Н-опытная Ш-опытная 1У-опытная У-опытная

1-е сутки 49-е сутки Среднее потребление корма па гол, г Сохранность, % 7,23±0.16 190,1±4,68 652,18 90 7,26±0,14 218,7*3,41* 572.13 100 7,24±0,18 204,2±3,29* 618,17 100 7,29±0,15 212,21±8,12 627,83 96,6 7,31+0,12 201,8±4,02 631,21 96.6

Примечание: * - разница с контролем достоверна (Р < 0,05)

Наибольшая масса перепелов на 49-е сутки была зафиксирована во II и IV группах и превышала контроль на 15,0 и 11,5 % соответственно. Причем у перепелов II и III групп разница была достоверной по отношению к контролю (Р < 0,05). Живая масса перепелов во II и IV группах была на 7,4 и 6,1 % больше контроля. Среднесуточные привесы перепелов в опытных группах были больше контроля в среднем на 10,9 %.

Самое низкое потребление корма перепелами было отмечено во II группе и было на 12,27 % ниже контроля. Во всех опытных группах сохранность перепелов была больше, чем в контроле.

3.3.2 МЯСНАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ, РАЗВИТИЕ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ И КАЧЕСТВО МЯСА ПЕРЕПЕЛОВ

В таблице 6 представлены результаты контрольного убоя перепелов.

1 5

Показатели Группы

1-контроль И-опытная Ш-опытная IV-опытная V-опытная

Живая масса перед убоем,г 196,78±8,54 212,99±8,72 205,38±8,19 212,32±8,12 198,2±7,14

Масса потрошеной тушки, г 129,43±4,27 146,35±3,13* 134,36±3,74 145,18±3,92* 133,24±4,03

Печень, г 3,55±0,12 5,29±0,14* 4,85±0,12* 5,13±0,11* 4,16±0,13*

Сердце, г 1,58±0,08 1,7±0,07 1,54±0,05 1,61±0,05 1,63±0,06

Мышечный желудок, г 4,46±0,21 4,06±0,17 4,27±0,14 4,11±0.10 5,12±0,2*

Железистый желудок, г 0,82±0,02 0,96±0,03* 0,95±0,03* 0,94±0,03* 0,91±004*

Примечание: * - разница с контролем достоверна (Р < 0,05)

Живая масса перепелов перед убоем соответствует нормативам веса птицы в данном возрасте. Средняя масса потрошеной тушки перепелов II и IV групп больше контроля на 8,2 и 7,9 % (Р <0,05). Масса сердца перепелов из опытных групп была на уровне контроля. Масса мышечного желудка во II и IV группах была ниже контроля в среднем на 8,4 %. Масса печени перепелов из данных групп на 49,0 и 44,5 % больше контроля. Различия были достоверны для перепелов всех опытных групп по отношению к контролю (Р < 0,05). Увеличение размеров печени перепелов опытных групп не связано с патологией. Об этом свидетельствуют биохимические показатели сыворотки крови и гистологические исследования.

3.3.2 ВЛИЯНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ СУСПЕНЗИИ ХЛОРЕЛЛЫ НА МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КРОВИ ПЕРЕПЕЛОВ

Для изучения влияния биотехнологической кормовой добавки суспензии хлореллы на перепелов мы проводили исследования ряда морфологических и биохимических показателей крови, по которым можно судить о физиологическом состоянии птицы (таблица 7).

7. Морфологические показатели крови перепелов, п = 10

Показатели Группы

1-контроль Н-опьгтная | Ш-опытная IV-опытная V-опытная

Эритроциты, Ю'^/л Лейкоциты, Ю'/л Тромбоциты, 109/л Гемоглобин, г/л 3,24±0,13 24,71±1,02 126,28±2,81 132,17*3,51 4,01±0,11* 23,48±0,92 128,72±1,96 140,35±3,14 3,98±0,1* 23,16±0,69 128,69±2,12 140,23±2,83 4,16±0,09* 23,42±0,72 127,74±1,97 141,12±2,54* 3,34±0,14 24,51±0,85 126,29±2,37 135,82±3,25

Примечание: * - разница с контролем достоверна (Р < 0,05)

Нами установлено, что количество эритроцитов у перепелов из II, III и IV групп было достоверно больше контроля на 23,7; 22,8 и 28,4 % (Р < 0,05). Содержание лейкоцитов у перепелов опытных групп было меньше контроля в среднем на 4 %. Уровень гемоглобина у перепелов IV группы на 6,8 % больше контроля (Р < 0,05).

Из таблицы 8 следует, что все биохимические показатели сыворотки крови перепелов находятся в пределах физиологической нормы.

Содержание общего белка в сыворотке крови перепелов V группы на 11,1 % больше контроля (Р < 0,05). Уровень альбуминов у птицы IV группы на 10,4 % больше

контроля (Р < 0,05). Содержание глобулинов у перепелов III группы на 9,9 % больше контроля (Р < 0,05). У перепелов II, III и IV групп уровень ACT больше контроля на 16,1; 12,0 и 15,6% (Р<0,05). Минимальное значение уровня AJIT отмечено в контрольной группе. Значение AJIT у перепелов всех опытных групп больше контроля в среднем на 5,2 %. У перепелов из II, III и IV групп количество кальция больше контроля на 27,2; 19,6 и 30,7 % (Р < 0,05). Значение содержания кальция в крови перепелов II, III и IV групп больше контроля на 18,6; 15,7 и 20,6 % (Р < 0,05).

8. Биохимические показатели сыворотки крови перепелов, п = 10

Показатели Группы

[-контроль Ii-опытная Ш-опытная IV-опытная V-опытная

Общий белок, г/л 30,42±1.07 32,18±0,74 32,74±0,91 32,35±0,79 33,82±0,93*

альбумины 13,56±0,41 14,13±0,39 14,21 ±0,46 14,97±0,41* 13,92±0,31

глобулины 16,86±0,53 18,05±0,51 18,53±0,42* 17,93±0,57 19,9±0,36*

Креатинин, мкМ/л 58,18±2,01 62,27±2,17 61,19±2,52 62,48±2,21 59,83±3,01

Мочевая кислота, мкМ/л 397,13±3,27 372,39±2,18 369,59±2,41 372,87±2,48 402,02±3,49

Холестерин, мМ/л 4,06±0,11 3,87±0,12 3,94±0,1 3,82±0,12 4,03±0,09

ACT, Ед/л 341,16±8,52 396,03±6,27* 382,26±6,38* 394,51±5,97* 352,51±8,74

АЛТ, Ед/л 31,03±1,01 32,95±0,87 32,81±0,94 32,98±0,76 31,83±1,14

а-амилаза, Ед/л 840,1±21,17 762,78±17,82 760,25±20,49 763,70± 18,29 824,17±22,53

Кальций, мМ/л 3,16±0,13 4,02±0,12* 3,78±0,1* 4,13±0,12* 3,24±0,11

Фосфор, мМ/л 1,99±0,08 2,26±0,1 2,11±0,09 2,19±0,1 2,04±0,07

Магний, мМ/л 1,02±0,03 1,21±0,04* 1,18±0,04* 1,23±0,05* 1,14±0,05

Примечание: * - разница с контролем достоверна (Р < 0,05)

В таблице 9 представлены данные по содержанию каротиноидов и витамина А в печени перепелов. Содержание каротиноидов в печени перепелов из II, III и IV групп больше, чем в контроле в 2,13; 1,9 и 2,1 раза (Р <0,05), а витамина А в 2,56; 2,27 и 2,31 раза (Р < 0,05).

9. Содержание каротиноидов и витамина А в печени перепелов, п = 10

Показатели Группы

1-контроль Ii-опытная Ш-опытная IV-опытная V-опытная

Каротиноиды мкг/т Витамин А, мкг/г 1,85±0,12 184,35*13,21 3,95±0,19* 427Д1±18,68* 3,49±0,12* 418,96±14,02* 3,92±0,14* 426Д1±14,60* 2,03±0,1 193,15±14,59

Примечание: * - разница с контролем достоверна (Р < 0,05)

Проведенные исследования позволяют сделать заключение о положительном влиянии суспензии хлореллы на морфологические и биохимические показатели крови перепелов.

3.3.3 ПЕРЕВАРИМОСТЬ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

ПЕРЕПЕЛАМИ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ В ИХ РАЦИОН СУСПЕНЗИИ ХЛОРЕЛЛЫ

В таблице 10 представлены данные по переваримости питательных веществ комбикорма и коэффициенту использования макроэлементов перепелами.

Переваримость органического вещества у перепелов из II, III, IV и V групп больше контроля на 19,9; 19,4; 17,1 и 10,1 % (Р < 0,05).Сырой протеин лучше всего

переваривается у перепелов II, III и IV и на 15,5; 15,4 и 14,0% больше контроля (Р < 0,05). Переваримость безазотистых экстрактивных веществ (БЭВ) у перепелов из IL III и IV групп больше контроля на 15,8; 14,9 и 14,0 % (Р < 0,05). Коэффициент использования кальция и фосфора у перепелов из II, III и IV групп достоверно больше контроля (Р < 0,05).

10. Переваримость питательных веществ и коэффициент использования макроэлементов

комбикорма перепелами, %

Питательные вещества Группы

1-контроль П-опытная Ш-опытная IV-опытная ! V-опытная

Органическое вещество Сырой протеин Сырой жир Сырая клетчатка БЭВ 65,92±1,67 64,25±1,79 76,16±2,96 34,94±1,47 54,72±1,13 79,04±1,95* 74,21±1,58* 82,72±3,27 39,58±1,73 63,35±1,25* 78,71±1,78* 74,18±1,41* 82,17±3,14 38,15±1,62 62,89±1,82* 77,18±1,82* 73,27±1,94* 82,21±3,21 38,36±1,49 62,39±1.09* 72,58±1,62* 66,39±1,24 77,31±3,18 36,61±1,24 54.37±1.23

Коэффициент использования. %

Кальций ! 42,48±1,84 Фосфор | 37,36±1.21 51,29±2,27* 43,82±1,35* 51,21±2,18* 43,26± 1,26* 52,77±2.43* | 43,72±1,26 42,31 ±2,01* 1 38,92±1,74

Примечание: * - разница с контролем достоверна (Р < 0,05)

Проведенные исследования по влиянию на перепелов биотехнологической кормовой добавки суспензии хлореллы, выращенной на культуральной среде с добавлением наночастиц восстановленного железа, не показали токсического воздействия на птицу. Об этом свидетельствует прирост живой массы, морфологические и биохимические показатели крови и ее сыворотки, переваримость культуральных веществ и коэффициент использования минеральных веществ.

3.4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ СУСПЕНЗИИ ХЛОРЕЛЛЫ В РАЦИОНАХ ЦЫПЛЯТ-БРОЙЛЕРОВ ДЛЯ КОРРЕКЦИИ МЕТАБОЛИЗМА И ПОВЫШЕНИЯ МЯСНОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ

3.4.1 РОСТ И РАЗВИТИЕ ЦЫПЛЯТ-БРОЙЛЕРОВ

Из суточных цыплят было сформировано 3 группы по 30 голов в каждой. Птица всех групп получала стандартный рацион, рекомендованный ВНИИТИП. В качестве питья цыплята-бройлеры получали; I - контроль, водопроводную воду с добавлением витаминнно-аминокислотного препарата «Чиктоник» (1 мл/1 л воды): II опытная группа - суспензию хлореллы с концентрацией (2-3) * 10 6клеток/1 мл; 111 опытная группа - суспензию хлореллы с концентрацией (1-1,5) х 106клеток/1 мл. Для выпаивания цыплятам-бройлерам была использована суспензия хлореллы, выращенная на оптимапьной культуральной среде без добавления наночастиц железа. Динамика живой массы, расход кормов и сохранность при выращивании цыплят-бройлеров представлены в таблице 11.

Средний вес суточных цыплят на начало опыта составлял 36,4 г. К концу опыта (42 сутки выращивания) средняя масса цыплят-бройлеров из II и III группы была больше контроля на 5,6 % (Р < 0,05) и 4,2 %.

Показатели Группы

1-контроль Ii-опытная Ш-опытная

1-е сутки 42-е сутки Среднее потребление корма на гол, кг Сохранность, % 36,2±0,4 2559±55,4 5,7 90 37,3±0,2 2702±36,7* 5,3 100 36,2±0,4 2666±67,1 5,1 100

Примечание: * - разница с контролем достоверна (Р < 0,05)

Среднее потребление корма цыплятами-бройлерами на одну голову во II и III группах ниже контроля на 7,0 и 10,5 %. Сохранность поголовья цыплят-бройлеров во всех опытных группах была больше контроля.

3.4.2 МЯСНАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ И РАЗВИТИЕ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ

ЦЫПЛЯТ-БРОЙЛЕРОВ

Изучение мясной продуктивности и развития внутренних органов цыплят-бройлеров представлены в таблице 12. На конец эксперимента живая масса цыплят-бройлеров из II и III групп на 18,7 (Р < 0,05) и 2,2 % больше контроля, масса потрошеной тушки цыплят-бройлеров из II группы была больше, чем в контроле на 19,7 % (Р < 0,05).

12. Мясная продуктивность и развитие внутренних органов цыплят-бройлеров, n = 5

Показатели Группы

1-конгроль Ii-опытная Ш-опытная

Живая масса перед убоем, г Масса потрошеной тушки, г Печень, г Сердце, г Мышечный желудок, г Железистый желудок, г 2228,2±14,57 1668,0±2,0 44,94+4,05 10,46±0,008 18,30±0,24 6,36±1,07 2645,4±40,45* 1996,7±7,26* 77,72±5,89* 15,95±0,3* 16,90±0,36 5,56±0,12 2351,4±71,3 1703,3*51,6 46,12±0,50 11,85±0,25* 16,69±0,34 5,22±0,02

Примечание: * - разница с контролем достоверна (Р < 0,05)

У цыплят-бройлеров из II и III групп масса печени на 72,9 (Р < 0,05) и 2,6 % больше контроля. Увеличение массы печени можно связать с более интенсивными обменными процессами, в результате которых увеличивается масса птицы. Массы мышечного и железистого желудков цыплят-бройлеров опытных групп меньше контроля. Такой результат можно объяснить более доступными культуральными веществами, содержащимися в корме, за счет чего и происходит уменьшение нагрузки на мышечный желудок цыплят-бройлеров.

3.4.3 ВЛИЯНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ СУСПЕНЗИИ ХЛОРЕЛЛЫ НА МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КРОВИ ЦЫПЛЯТ-БРОЙЛЕРОВ

Из данных таблицы 13 следует, что исследуемые морфологические показатели крови у цыплят-бройлеров были в пределах физиологической нормы. Количество тромбоцитов в крови цыплят-бройлеров У птицы III группы уровень лейкоцитов больше контроля на 6,6 % (Р < 0,05). Уровень гемоглобина в крови цыплят-бройлеров из II и III групп на 5,58 и 14,48 % больше контроля (Р < 0,05).

Показатели Группы

1-контроль П-опытная Ш-опытная

Эритроциты, Ю'^/л Тромбоциты, 10% Лейкоциты, 109/л Гемоглобин, г/л 2,37±0,02 64,5±0,95 31,8±0,55 93,2±0,25 2,4±0,05 66,7±1,14 30,7±0,62 98,4±0,36* 2,47±0,04 68,8±0,46* 33,9±0,53* 106,7±0,7*

Примечание: * - разница с контролем достоверна (Р < 0,05)

В сыворотке крови птицы (таблица 14) из II и III групп содержание альбумина на 33,3 и 28,9 % (Р < 0,05), содержание глобулина на 8,9 и 9,2 % (Р < 0,05), коэффициент А/Г на 21,9 и 19,5 % (Р < 0,05), на уровень кальция на 13,5 и 10,7 % (Р < 0,05) больше контроля. Содержание мочевой кислоты у перепелов II и III групп больше контроля в 3,1 и 2,5 раза (Р < 0,05).

14. Биохимические показатели крови цыплят-бройлеров, п = 5

Показатели Группы

1-контроль И-опытная Ш-опытная

Общий белок, г/л 39,05±1,9 45,3±9,6 44,9±5,1

альбумины 11,4±0,65 15,2±0,46* 14,7±0,35*

глобулины 27,65±0,3 30,1±0,22* 30,2±0,29*

А/Г коэффициент 0,41 ±0,01 0,5±0,02* 0,49±0,02*

Креатинин, мкМ/л 40,3±1,7 39,65±6,45 43,05±6,45

Мочевая кислота, мкМ/л 108,1±25,8 336,7±12,7* 274,05±41,15*

Глюкоза, мМ/л 10,24=0,45 11,95±0,32* 10,89±0,28

Холестерин, мМ/л 3,25±0,25 3,05±0,12 2,85±0,11

ACT, Ед/л 225,05±9,25 205,8±9,4 187,05±6,65

АЛТ, Ед/л 3,9±0,18 3,45±0,25 3,16±0,11

а-амилзза, Ед/л 1296,25±59,5 1254,25±54,15 1235,55±46,55

Гамма-ГТ 29,95±6,75 32,95±1,65 34,0±0,6*

Кальций, мМ/л 4,68±0,06 5,31±0,08* 5,18±0,08*

Фосфор, мМ/л 2,05±0,05 2,18±0,07 2,16±0,12

Магний, мМ/л 0,98±0,01 1,03±0,02 1,01±0,03

Примечание: * - разница с контролем достоверна (Р < 0,05)

Печень является органом, ответственным за формирование правильного обмена веществ в организме и занимает важное место в белковом обмене. Анализ витаминного состава печени позволяет судить о влиянии исследуемой добавки суспензии хлореллы на организм цыплят-бройлеров (таблица 15).

15. Содержание каротиноидов и витаминов в печени цыплят-бройлеров, п = 5

Показатели Группы

1-контроль Н-опытная Ш-опытная

Каротиноиды, мкг/г Витамин А, мкг/г Витамин В2, мкг/г Витамин Е, мг% 1,95±0,02 56,5±1,05 13,9±0,3 0,51±0,04 2,18±0,03* 74,6±2,16* 14,8±0,34* 0,74±0,03* 1,98±0,06 120,7±4,03* 15,6±0,24* 0,68±0,03*

Примечание: * - разница с контролем достоверна (Р < 0,05)

Уровень депонированного витамина А в печени цыплят-бройлеров II и III групп был на 32,0 и 113,6 % больше контроля (Р < 0,05). Содержание каротиноидов и витамина Е у птицы II группы больше контроля на 11,8 и 45,1 % (Р < 0,05).

Уровень витамина В2 у цыплят-бройлеров из II и III группы больше контроля на 6,5 и 12,2 % (Р<0,05). При включении в рацион цыплят-бройлеров суспензии хлореллы уровень витаминов в печени (по отношению к контролю) увеличивается, но находится в пределах физиологической нормы.

3.4.4 ПЕРЕВАРИМОСТЬ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ ЦЫПЛЯТАМИ-БРОЙЛЕРАМИ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ В ИХ РАЦИОН СУСПЕНЗИИ ХЛОРЕЛЛЫ

В таблице 16 представлены результаты по переваримости и использованию основных питательных веществ корма при включении в рацион цыплят-бройлеров суспензии хлореллы.

Коэффициенты переваримости всех исследуемых питательных веществ у птицы из опытных групп больше контроля. Коэффициент использования цыплятами-бройлерами из II и III групп кальция на 18,4 и 15,3 % и фосфора на 12,8 и 6,3 % больше контроля.

16. Переваримость питательных веществ и коэффициент использования макроэлементов комбикорма цыплятами-бройлерами, %

Питательные вещества Группы

¡-контроль Н-опытная Ш-опытная

Органическое вещество Сырой протеин Сырой жир Сырая клетчатка БЭВ 72,37±2,15 81,15±2,91 81,03±3,02 15,17±0,54 76,03±2,82 73,12±2,36 82,91±2,97 83,26±3,47 17,83±0,58 79,21±3,07 73,04±2,71 82,76±2,28 82,67±2,12 16,66±0,82 78,58±2,89

Коэффициент использования, %

Кальций Фосфор 41,2±1,74 38,2±1,25 48,8±2,17* 43,1±2,08 47,5±2,12 40,6±1,93

Примечание: * - разница с контролем достоверна (Р < 0,05)

3.4.5 ПЕРЕВАРИМОСТЬ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СУСПЕНЗИИ ХЛОРЕЛЛЫ ПЕРЕПЕЛАМИ И ЦЫПЛЯТАМИ-БРОЙЛЕРАМИ

Для оценки переваримости микроводоросли хлореллы проводили исследование не только в помете, но и в желудочно-кишечном тракте как перепелов, так и цыплят-бройлеров опытных групп путем посева в чашки Петри. На конец эксперимента во всех чашках Петри колоний хлореллы обнаружили. В контрольной чашке, в которую высевали суспензию хлореллы, колонии были видны даже без микроскопии на 6-е сутки. Таким образом, можно сделать вывод о переваривании суспензии хлореллы в желудочно-кишечном тракте птицы.

3.5 ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИСПЫТАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ СУСПЕНЗИИ ХЛОРЕЛЛЫ НА ПЕРЕПЕЛАХ В УСЛОВИЯХ СПК «КОЛОС»

Заключительным этапом наших исследований стало проведение производственного испытания на перепелах, для которого было сформировано 3 группы, по 250 го-

лов в каждой (таблица 17).

В рацион перепелов входила биотехнологическая кормовая добавка суспензии хлореллы, выращенная на культуральной среде с добавлением наночастиц железа. В ходе исследования рассчитывали себестоимость 1 кг мяса, выручку от реализации мяса перепелов, а также рентабельность производства.

17. Экономическая эффективность выращивания перепелов в производственном опыте

Группы

1-контроль И-опытная Ш-опытная

Хозяйственные характеристики

Поголовье на начало опыта, гол. 250 250 250

Сохранность, % 92 97 95

Живая масса, г

1-е сутки 7,18±0,12 7,34±0,17 7,29±0,14

На конец опыта 197,18±4,21 223,47±3,83 215,92±4,08

Масса потрошеных тушек (всего), кг 32,35 39,5 37,2

Экономическая эффективность применения добавок за период выращивания

Стоимость кормов, всего, руб: 2815 3033,8 3078,1

- комбикорм 2815 2838,4 2921,7

- хлорелла - 195,4 156,4

Себестоимость 1 кг мяса, руб 117,45 103,7 111,6

Цена реализации 1 кг перепелятины, руб. 200,00 200,00 200,00

Прибыль с 1 кг мяса, руб 82,6 96,3 88,4

с группы, руб 2672,11 3803,85 3288,5

Выручка от реализации перепелятины, руб. 6470 7900 7440

Рентабельность, % 41,3 48,1 44,2

Себестоимость 1 кг мяса перепелов в II и III групп составила 68,22 и 76,9 руб., что ниже контроля на 26,4 и 17,11 % соответственно. Снижение себестоимости продукции перепелов И и III групп приводит к увеличению прибыли, получаемой с 1 кг мяса перепелов, которая больше контроля на 24,55 и 15,87 руб, или на 22,9 и 14,8 %. Увеличение прибыли, получаемой с 1 кг мяса перепелов из II и III групп позволило увеличить и выручку от реализации продукции, которая превышала контроль на 22,1 и 15 %.

Таким образом, применение в рационе перепелов суспензии хлореллы, выращенной на культуральной среде с добавлением наночастиц восстановленного железа, в концентрации (2-3) * 106 клеток/мл (перепела II группы) и в концентрации (1-2) х 10 6 клеток/мл (перепела III группы) позволило увеличить рентабельность производства по отношению к контролю на 6,8 и 2,9 %.

4. ВЫВОДЫ

1. Проведены испытания 4 культуральных сред для выращивания хлореллы штамма ИФР ЛЬС-111. Худшие результаты дала культуральная среда на основе кукурузного экстракта; наилучший результат получен на среде Н. И. Богданова, которая в дальнейшем была использована в качестве базовой при разработке оптимального варианта, обеспечивающего ускоренный рост микроводоросли.

2. Модификация культуральной среды Н.И. Богданова введением наночастиц восстановленного железа ускорила наращивание биомассы хлореллы в 2,5 раза, что сократило срок культивирования хлореллы в два раза.

3. Увеличение скорости роста хлореллы в среде с наночастицами железа - результат интенсификации фотосинтетических процессов, это подтверждено изменениями величин В/Н и максимальных уровней индукционных кривых ЗФ. Наночастицы оксида железа ингибировали рост хлореллы во всех использованных концентрациях.

4. По результатам люминесцентной микроскопии содержимого ЖКТ птицы (с последующим высевом на агаризованную среду) не обнаружено колоний хлореллы, что свидетельствуют о полной переваримости ее клеток.

5. Использование суспензии хлореллы, выращенной на среде с восстановленным наножелезом, в качестве кормовой добавки оказало положительное влияние на продуктивность перепелов, что проявилось в увеличение сохранности поголовья, снижение потребления корма на 12,27 %, увеличение живой массы на 15 % и выхода готовой продукции на 2,9 %; улучшилась переваримость органического вещества на 19,9 % и БЭВ на 15,8 %. Морфологические и биохимические показатели крови птицы опытных групп были несколько больше по сравнению с контрольной группой, и находились в пределах физиологической нормы, токсических эффектов применения хлореллы не выявлено.

6. Выпаивание цыплятам-бройлерам суспензии хлореллы в качестве кормовой добавки способствует повышению их потенциала продуктивности, это подтверждается увеличением сохранности поголовья на фоне снижением потребления корма на 7,0 %; увеличением коэффициента использования кальция и фосфора на 18,4 и 12,8 %, а также живой массы на 5,6 %, выхода готовой продукции на 0,6 %. Морфологические и биохимические показатели крови птицы опытных групп были несколько выше по сравнению с контрольной группой, и находились в пределах физиологической нормы, токсических эффектов применения хлореллы не выявлено.

7. Результаты проведенного производственного испытания полностью подтвердили эффект, полученный в первом научном опыте. Расчет экономической эффективности показал, что применение суспензии хлореллы, выращенной с добавлением восстановленного наножелеза, в концентрации (2-3) х 106 клеток/мл увеличивает рентабельность производства по отношению к контролю на 6,8 %.

5. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

Для повышения плотности и скорости роста хлореллы следует использовать культуральную среду с наночастицами восстановленного железа, размером в среднем 80 нм, в концентрации 0,025 г/л. Результаты производственных испытаний позволяют рекомендовать включать битехнологическую кормовую добавку суспензии хлореллы в рационы перепелов и цыплят-бройлеров. Применение суспензии хлореллы в концентрации (2-3) х 10 6 клеток/мл в их рационах в течение всего периода выращивания обеспечит повышение продуктивности, улучшение качества получаемой продукции и увеличение прибыли от реализации мяса птицы.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Мачнева, Н. Л. Хлорелла и ее применение в птицеводстве / Г. А. Плутахин, Н. Л. Мачнева [и др.] // Птицеводство. - 2011. - № 5. - С. 23-25.

2. Мачнева, Н. Л. Эффективность применения биотехнологических функциональных добавок при выращивании перепелов / А. Г. Кощаев, Г. А. Плута-хин, Н. Л. Мачнева [и др.] // Ветеринария Кубани. - 2011. - № 4. - С. 23-24.

3. Мачнева, Н. Л. Биотехнология получения хлореллы и ее применение в птицеводстве как функциональной кормовой добавки / Г. А. Плутахин, Н. Л. Мачнева ]и др.] // Труды Кубанского государственного аграрного университета. -2011.-№31.-С. 101-104.

4. Мачнева, Н. Л. Хлорелла и триходерма в качестве функциональных кормовых добавок перепелам // А. Г. Кощаев, А. И. Петенко Г. А. Плутахин, Н. Л. Мачнева [и др.] И Аграрная наука. - 2012. - № 7. - С. 28-29.

5. Мачнева, Н. Л. Хлорелла и ее применение в птицеводстве / Г. А. Плутахин, А. И. Петенко, А. Г. Кощаев, Н. Л. Мачнева [и др.] // Эффективное животноводство. -2011.-№ 9(71).-С. 22-23.

6. Мачнева, Н.Л. Стимуляция деления клеток Chlorella vulgaris наночастицами железа / Н.Л. Мачнева, Г.А. Плутахин, // International Conference «Physiology and Biotechnology of Microalgae», Moscow, October 16-19,2012, - C. 35.

7. Мачнева, H. Л. Суспензия хлореллы как средство нормализации обмена веществ у цыплят-бройлеров / А. Г. Кощаев, Н. Л. Мачнева [и др.] // Материалы международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной ветеринарии», Краснодар, 2011 - С. 125-128.

8. Мачнева, Н. Л. Культивирование хлореллы на различных питательных средах / Н. Л. Мачнева, Г. А. Плутахин // «Функциональные продукты питания: ресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья, гигиенические аспекты и безопасность» Материалы международной научно-практической конференции 9-13 ноября 2009. - Краснодар - С. 337-338.

9. Мачнева, Н. Л. Перспективы использования хлореллы в сельском хозяйстве / Н. Л. Мачнева, Г. А. Плутахин // Тезисы Третьей Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса», 18-20 ноября 2009. Краснодар. - С. 225.

10. Мачнева, Н. Л. Подбор условий культивирования хлореллы для использования в кормопроизводстве / Н. Л. Мачнева, Г. А. Плутахин // Тезисы докладов 36-й научной конференции студентов и молодых ученых вузов южного федерального округа, посвященной 40-летнему юбилею Кубанского государственного университета физической культуры, спорта и туризма, январь-март 2009. Краснодар - С. 187.

11. Мачнева, Н. Л. Культивирование хлореллы на питательной среде, содержащей кукурузный экстракт / Н. Л. Мачнева, Г. А. Плутахин // Тезисы Вторая Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса», 19-21 ноября 2008. Краснодар. - С. 243-244.

Мачнева Надежда Леонидовна

Интенсификация биотехнологии культивирования хлореллы с использованием наночастиц железа и оценка эффективности применения ее в бройлерном производстве и перепеловодстве

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Подписано в печать 20.04.2013 г. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ №275 Типография ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Мачнева, Надежда Леонидовна, Краснодар

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет»

На

04201355639

МАЧНЕВА НАДЕЖДА ЛЕОНИДОВНА

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ХЛОРЕЛЛЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАНОЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗА И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЕЕ В БРОЙЛЕРНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ И ПЕРЕПЕЛОВОДСТВЕ

03.01.06 - биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель:

кандидат биологических наук, доцент Плутахин Геннадий Андреевич

Краснодар -2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................................................................................................4

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ..........................................................................................................................................9

1.1 Биологически активные кормовые добавки в рационах сельскохозяйственной птицы......................................................................................................................................9

1.2 Характеристика представителей рода Chlorella..........................................................14

1.2.1 Характеристика штамма Chlorella vulgaris ИФР №С-111 16

1.2.2 Характеристика штамма Chlorella vulgaris BIN....................................19

1.3 Биохимический состав хлореллы..........................................................................................................20

1.4 Способы культивирования хлореллы............................................................................................24

1.5 Питательные среды, используемые при культивировании хлореллы............................................................................................................................................................................................27

1.6 Использование суспензии хлореллы в животноводстве................................31

1.7 Замедленная флуоресценция хлорофилла как показатель.......

фотосинтетической активности фитопланктона..........................................................................38

1.8 Значение биологически активных нанопорошков..................................................39

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ............................................................41

2.1 Методика культивирования хлореллы........................................................................................41

2.2 Методика проведения опытов на сельскохозяйственной птице 43

2.2.1 Первый научный опыта на перепелах....................................................43

2.2.2 Второй научный опыта на цыплятах-бройлерах....................................46

2.2.3 Производственное испытание биотехнологической..........

кормовой добавки суспензии хлореллы на перепелах....................................48

2.3 Учитываемые показатели и методы их изучения......................................................48

2.3.1 Определение убойных показателей..............................................................................48

2.3.2 Морфо-биохимические показатели..............................................................................49

2.3.3 Гистология печени..................................................................................................................................50

2.3.4 Химические анализы............................................................................................................................50

2.3.5 Определение зоотехнических и хозяйственных показателей... 51

2.3.6 Оценка переваримости хлореллы в ЖКТ птицы................................51

2.3.7 Органолептическая оценка......................................................................................................52

2.3.8 Экономические показатели........................................................................................................52

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.......... 53

3.1 Биотехнология получения функциональной кормовой добавки

суспензии хлореллы................................................................................... 53

3.1.1 Разработка оптимальной культуральной среды для выращивания микроводоросли хлореллы................................... 53

3.1.2 Влияние наночастиц железа на интенсивность роста клеток хлореллы................................................................................. 60

3.2 Использование биотехнологической кормовой добавки суспензии хлореллы в рационах перепелов для коррекции метаболизма и повышения мясной продуктивности................... 70

3.2.1 Рост и развитие перепелов..................................................... 70

3.2.2 Мясная продуктивность и развитие внутренних органов перепелов........................................................................................... 73

3.2.3 Влияние биотехнологической кормовой добавки суспензии хлореллы на морфологические и биохимические показатели крови перепелов.......................................................... 75

3.2.4 Переваримость и использование питательных веществ перепелами при включении в их рацион суспензии хлореллы.... 82

3.2.5 Гистология печени перепелов.............................................. 83

3.3 Использование биотехнологической кормовой добавки суспензии хлореллы в рационах цыплят-бройлеров для коррекции метаболизма

и повышения мясной продуктивности.................................................... 85

3.3.1 Рост и развитие цыплят-бройлеров....................................... 85

3.3.2 Мясная продуктивность и развитие внутренних органов цыплят-бройлеров.............................................................................. 88

3.3.3 Влияние биотехнологической кормовой добавки суспензии хлореллы на морфологические и биохимические показатели крови цыплят-бройлеров............................................. 91

3.3.4 Переваримость и использование питательных веществ цыплятами-бройлерами при включении в их рацион суспензии хлореллы............................................................................................ 98

3.3.5 Оценка переваримости хлореллы в ЖКТ птицы................ 100

3.3.6 Органолептическая оценка мяса и бульона из перепелов

и цыплят-бройлеров........................................................................... 101

3.3.7 Экономическая эффективность использования суспензии хлореллы в рационах цыплят-бройлеров........................................ 102

3.4 Производственное испытание биотехнологической кормовой добавки суспензии хлореллы на перепелах в условиях СПК «Колос».. 103

ВЫВОДЫ........................................................................... 105

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ...................................... 107

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................... 108

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................ 125

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Стратегия развития высоких технологий, принятая в РФ открывает перспективы развития сельскохозяйственного производства, разработки эффективных технологий охраны окружающей среды, создания экологически чистых производств, приборов, оборудования, компьютерной техники, пищевых продуктов, биологически активных веществ, пищевых добавок и многого другого.

Характерной чертой XXI столетия является развитие нанотехнологий. Нанотехнологии базируются на использовании структуры веществ, обладающих полезными функциями и имеющими размеры от одного до ста нанометров. Уникальность наноматериалов связана с их высокой химической и биологической активностью, способностью проникать через биологические барьеры. Они способны изменять свойства биологических объектов, что открывает широкие области их применения и использования в медицине и сельском хозяйстве при разработке новых биотехнологических препаратов. Одно из перспективных направлений - это использование наноматериалов для получения нетрадиционных кормовых добавок (JI. В. Коваленко, 2006; Ю. Н. Иванычева, 2012).

К числу живых кормовых добавок, используемых для обогащения кормов, относится хлорелла. Хлорелла - микроскопическая одноклеточная зеленая водоросль из класса протококковых, в ее составе более 650-ти веществ, среди которых незаменимые аминокислоты, жиры, витамины, макро- и микроэлементы в легкоусваиваемом виде (М. Я. Сальникова, 1977). В своих исследованиях для культивирования и наращивания биомассы мы использовали наиболее перспективный планктонный штамм микроводоросли Chlorella vulgaris ИФР № С-111 (Н. И. Богданов, 1977), обладающий высокой продуктивностью и отвечающий требованиям промышленного культивирования.

Высокая потребность сельскохозяйственного производства РФ в кормовых добавках, обогащающих рационы, актуализирует поиск новых технологических решений для ускоренного наращивания биомассы хлореллы, повышения

ее ценности и продуктивности. Основная роль в решении этой проблемы принадлежит фотосинтезу, интенсивность которого определяет урожайность культуры. Железо играет важную роль в биосинтезе хлорофилла. В фотосинтетические электрон-транспортные цепи хлореллы входят ферменты, содержащие железо: цитохромы, ферредоксин, железосерные центры. Железо в хлоропластах связано с хлорофилл-белковым комплексом. Хлорофилл образует с солями железа комплексные химические соединения различных типов и участвует в биосинтезе хлорофилла на этапах: конденсации сукцинил-КоА и глицина с образованием (3-аминолевулиновой кислоты (ДАЛ); в реакции окислительного декар-боксилирования копропорфириногена в протопорфирин; на этапе превращения протохлорофилла в хлорофилл. Активация транспорта железа в клетку способствует интенсификации синтеза железосодержащих ферментов стимулируя фотосинтетическую активность хлореллы (А. Б. Рубин, 1987). Это положение стало рабочей гипотезой нашей работы и обоснованием для использования в куль-туральной среде наночастиц железа.

Продукт культивирования - биомасса хлореллы использовалась нами в кормлении птицы в качестве ценной кормовой добавки богатой белками, витаминами, макро- и микроэлементами, а также другими биологически активными веществами (Н. К. Капустин, 1984; Н. И. Богданов, 2001). В современных условиях ведения промышленного птицеводства необходимо применение широкого ряда профилактических мероприятий, которые могли бы гарантировать снижение заболеваний птицы, а также улучшение зоотехнических показателей отрасли (А. И. Петенко и др., 2006). Кормовые рационы наиболее эффективны при дополнении их биотехнологическими и иными кормовыми добавками, биостимуляторами отечественного и иностранного производства (В. Е. Подольников, 1999; Н. П. Дудина, 2011).

Диссертационная работа входит в план НИР ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» на 2011-2015 гг. по теме «Разработка и научное обоснование способов получения и использования экологически безопасных функциональных кормовых и пищевых концентратов и до-

бавок на основе ресурсосберегающих биотехнологий: высококалорийные концентраты и добавки; микробиологические добавки и биопрепараты» (№ госрегистрации 010201153631).

Цель исследования: Используя наночастицы железа разработать оптимизированную культуральную среду для ускоренного наращивания биомассы Chlorella vulgaris ИФР № С-111, исследовать влияние хлореллы, выращенной на модифицированной культуральной среде на продуктивность, обмен веществ и энергии, морфологические и биохимические показатели крови перепелов и цыплят-бройлеров.

Задачи исследования:

- ввести в состав культуральной среды для выращивания хлореллы наночастицы железа;

- оценить влияние наночастиц восстановленного железа и его оксида на скорость роста хлореллы;

- исследовать фотосинтетическую активность хлореллы в среде с наноча-стицами железа разной концентрации по замедленной флуоресценции хлорофилла;

- оценить переваримость хлореллы в желудочно-кишечном тракте птицы;

- изучить влияния суспензии хлореллы на рост и развитие перепелов, цыплят-бройлеров и выход готовой продукции;

- охарактеризовать морфологические и биохимические показатели крови и печени перепелов и цыплят-бройлеров, потреблявших хлореллу;

- рассчитать экономическую эффективность применения хлореллы в рационах сельскохозяйственной птицы.

Научная новизна. Использованы возможности современной нанотехно-логии в приготовлении высокоценных кормовых добавок для птицеводства с использованием наночастиц железа.

Установлено, что введение в культуральную среду для выращивания хлореллы наночастиц восстановленного железа увеличивает скорость ее роста в 2,5 раза за счет активизации фотосинтетических процессов.

Комплексными исследованиями показано, что хлорелла штамма ИФР№С-111, выращенная в присутствии наночастиц железа, активизирует физиологические и биохимические процессы в организме птицы.

Установлена высокая эффективность использования в рационах перепелов и цыплят-бройлеров суспензии хлореллы в концентрации (1-3) х 106 клеток/мл при постоянном выпаивании.

Практическая значимость работы. Добавление наночастиц восстановленного железа в культуральную среду активирует фотосинтетическую активность хлореллы и ускоряет наращивание биомассы микроводоросли, существенно удешевляя технологический продукт.

Использование суспензии хлореллы штамма ИФР № С-111, выращенного в присутствии наночастиц восстановленного железа, в хозяйствах по разведению птицы в бройлерном производстве и перепеловодстве обеспечивает: повышения ее продуктивности, сохранности и увеличивает выхода готовой продукции.

Основные положения, выносимые на защиту:

- интенсификация фотосинтетических процессов при культивировании хлореллы штамма ИФР № С-111 в среде, модифицированной наночастицами восстановленного железа, приводит к значительному повышению скорости размножения культуры;

- введение наночастиц восстановленного железа оптимизирует культуральную среду хлореллы штамма ИФР №С-111, ускоряя фотосинтетические процессы в 2,5 раза;

- использование суспензии хлореллы в рационах перепелов и цыплят-бройлеров увеличивает живую массы птицы, сохранность поголовья и снижает потребление корма;

- положительное влияние на организм птицы биотехнологической кормовой добавки суспензии хлореллы, выращенной на культуральной среде, модифицированной восстановленным наножелезом, подтверждается морфо-биохимическими показателями крови и ее сыворотки, а также биохимическими и гистологическими исследованиями печени;

- увеличение рентабельности производства обеспечивается включением в рацион перепелов и цыплят-бройлеров суспензии хлореллы в качестве кормовой добавки.

Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на Второй Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2008); 36-й научной конференции студентов и молодых ученых вузов Южного федерального округа, посвященной 40-летнему юбилею Кубанского ГУФКСТ (Краснодар, 2009); Третьей Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2009); Международной научно-практической конференции «Функциональные продукты питания: ресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья, гигиенические аспекты и безопасность» (Краснодар, 2009); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной ветеринарии» (Краснодар, 2011); International Conference «Physiology and Biotechnology of Microalgae» (Moscow, 2012).

Публикации. По материалам проведенных исследований опубликовано 11 научных работ, в том числе 4 в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов исследований, выводов, предложений производству, списка литературы и приложений. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, включая 3 приложения, 43 таблицы и 17 рисунков. Библиографический список состоит из 181 источника, в том числе 12 иностранных авторов.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Биологически активные кормовые добавки в рационах сельскохозяйственной птицы

В последние годы роль животноводства, выполняющего важную функцию обеспечения населения земного шара продуктами питания, стремительно возрастает, о чем свидетельствует постоянный стабильный рост производства животноводческой продукции во всем мире (Д. Н. Лазарева, 2000).

Поиск дополнительных возможностей повышения продуктивности включает в себя применение биологически активных стимуляторов, отбор и подбор по селекционным индексам, оптимизация условий кормления и содержания (Н. В. Карагодина, 2010).

Характер кормления сельскохозяйственных животных является важнейшим фактором, оказывающим многообразное воздействие на функциональную и морфологическую изменчивость животного организма (А. И. Петенко, А. Г. Кощаев, 2007). Синтетические препараты, широко используемые для кормления животных, положительно влияют на их приросты, увеличивают яйценоскость птицы, но качество получаемой продукции остается на низком уровне. Кормовые добавки могут включать в себя как синтетические компоненты, так и компоненты натурального происхождения.

Одним из главных факторов в птицеводстве является сбалансированное питание. Рациональное расходование кормов, применяемых в птицеводстве является решающим условием снижения себестоимости производства продукции (Л. Г. Горковенко, А. Е. Чиков, 2010).

Поиск и применение препаратов, альтернативных кормовым антибиотикам - это на сегодняшний день одна из важнейших задач производителя сельскохозяйственной продукции. Еще несколько десятков лет назад перед ним стояла задача увеличить производство продуктов питания, то сегодня население особое внимание уделяет их качеству (А. И. Петенко, В. А. Ярошенко и др., 2006). С начала 2000-х годов активизировалась работа по использованию в кормлении сельскохозяйственных животных нетрадиц